qvasp提取压电、介电与弹性张量

本篇用鸢算科技集群实际完成的纤锌矿AlN4计算，演示 qvasp -piez。模型固定a=3.11 Å、c=4.98 Å，先优化内部原子，再进行响应计算。VASP6.5.1 CPU版采用Intel oneAPI2024.2与Intel MPI2021.13，实际使用8个MPI进程；这份教学数据不是CPU节点性能基准。

下载实际输入、数值张量与绘图资料。运行 bash run.sh只重做现有数据的后处理，不重新计算DFT。

1 先区分三类张量#

• 弹性C描述应变与应力，常用单位GPa。
• 压电应力e描述电极化与应变等线性响应，单位C/m²。
• 压电应变d由e和柔度S=C⁻¹组合，通常写为pC/N。

静态介电张量还应区分电子贡献和离子贡献。不能把固定离子响应直接写成包含离子放松的总静态值。

2 准备并完成响应计算#

实际结构与输入位于 inputs/AlN-response。势文件应与结构中的Al、N顺序一致：

module load qvasp/2.26
qvasp -pbe Al N

先用IBRION=2、ISIF=2优化内部坐标，EDIFF=1E-6、EDIFFG=−0.02 eV/Å。固定晶胞的内部优化不等于已经求得充分收敛的平衡晶格参数。本例最终最大原子力约0.007524 eV/Å。

响应计算实际INCAR如下：

ENCUT = 550
PREC = Accurate
EDIFF = 1E-6
EDIFFG = -.02
ISMEAR = 0
SIGMA = .05
LREAL = .FALSE.
LASPH = .TRUE.
LWAVE = .FALSE.
LCHARG = .FALSE.
NCORE = 1
KPAR = 1
NELM = 150
ALGO = Normal
ISYM = 2
IBRION = 6
ISIF = 3
NSW = 1
NFREE = 2
POTIM = .015
LEPSILON = .TRUE.
LPEAD = .FALSE.
LCALCEPS = .FALSE.

电子k网格为6×6×4 Gamma。LEPSILON计算电子介电、Born有效电荷及相关响应；IBRION=6配合ISIF=3还包括位移和应变的有限差分以及离子贡献。NCORE=1、KPAR=1，不将普通SCF并行参数原样套入所有线性响应。

用自己的Slurm模板提交完整计算，CPU队列可用后再运行；不要在普通登录终端直接启动VASP。完成后检查电子收敛、响应步骤和正常结束信息，确认所需张量确实存在。

3 一个文件包含全部张量时#

qvasp -piez -a OUTCAR -o AlN-tensors.txt

本例直接读取完整原始文件时，电子、离子、总张量与独立解析一致。结果既打印在终端，也保存到指定文本文件。

有些计算把弹性、电子和离子贡献分开输出，也可明确指定：

qvasp -piez -c elastic.out -e electronic.out -i ionic.out -o tensors.txt

三个文件必须对应同一结构、晶胞和相容的计算设置。不要将不同晶格参数、不同原子顺序或不同泛函的数据拼在一起。资料包的 .selected仅含实际数值表，专供后处理练习，并非完整OUTCAR。

4 检查顺序和单位#

VASP常见输出顺序为XX、YY、ZZ、XY、YZ、ZX；本工具转换为XX、YY、ZZ、YZ、ZX、XY。弹性矩阵行列都要重排，e矩阵只重排应变对应的列。

C：原始kBar ÷ 10 → GPa
S：C求逆 → 1/GPa
d：1000 × e × S → pC/N

这里的1000来自单位转换，不能简单漏掉，也不能再把工程剪切分量额外乘一次2。

本例C11约386.902 GPa，C12约140.748 GPa，C33约362.018 GPa。总静态介电对角分量约8.1063、8.1063、9.5610。

本例晶体极性方向下e33约−1.62271 C/m²、d33约−5.96412 pC/N。翻转晶体极性或使用不同坐标约定会影响相应压电分量的符号，不能仅凭与另一张表正负不同就判为错误。

用于研究时还要检查应变幅度、电子网格、截断能、晶胞应力和原子优化精度。这个小型实例用于把输入、提取和单位关系走通，不代替材料参数的系统收敛。

方法参见VASP LEPSILON和IBRION。